Manual de anclajes para minería u obra civil

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INGENIERÍA TÉCNICA DE MINAS

PROYECTO FIN DE CARRERA

“Manual de Anclajes para minería y obra civil”

Especialidad: Explotación de Minas.

Director: Marcos A. Martínez Segura Alumno: Antonio Ros Esteban

Curso 2005/ 2006

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PROYECTO DE FIN DE CARRERA

PRÓLOGO

La idea que inspiró este Proyecto de Fin de Carrera, que tiene usted entre sus manos, nace de la voluntad por parte del alumno de hacer un trabajo propio inspirado en la experiencia acumulada durante mis estudios de Ingeniero Técnico de Minas y por otro por el interés sobre un tema específico como es la “Estabilización de Taludes”. Es cierto que dicho tema representa una complejidad bastante extensa, que hace que no se pueda abordar en su totalidad, también lo es, que aquellas partes que este estudio ha desarrollado han sido analizadas e investigadas según los últimos datos existentes tanto en bibliografía como en documentación aportada por las propias empresas (nacionales como

internacionales).

Debo añadir que el único merito si cabe, por parte mía es la ilusión y el esfuerzo en diseñar un texto que englobe todos los aspectos a tener en cuenta a la hora de diseñar

un proyecto de usos de anclajes.

(Manual Anclajes C.

Arenas)

La palabra “manual” significa según el diccionario: libro en que se recoge lo fundamental o básico de una materia. He querido crear un manual técnico donde esté toda la información necesaria, para tener criterio a la hora de dar soluciones en sostenimiento para laderas, canteras o túneles. De esta definición y del contenido de este trabajo se deduce el título de este Proyecto Fin de Carrera “MANUAL DE ANCLAJES PARA EL SOSTENIMIENTO EN MINERÍA Y OBRA CIVIL”.

Antonio Ros Esteban

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En varias ocasiones he podido constatar la importancia de trabajar en este ámbito, mi pequeña experiencia en Ayuda Humanitaria tras las catástrofes del Huracán Micth (Nicaragua, 1998); terremotos (Argelia, Marruecos 2003); Huracán Jeane (Haití y Republica Dominicana 2004) y este último Huracán Stan (Guatemala 2005) han generado como técnico la responsabilidad de pensar en futuras soluciones al problema de estabilización de taludes de montaña o laderas, ya que todos los años genera cuantiosas perdidas humanas (al sepultar pueblos enteros) y económicas..

Tal es mi preocupación por este campo, que desde que comencé a viajar en Misión de Ayuda Humanitaria es todos esos países, nació en mi la necesidad de analizar los mecanismos que desencadenan el derrumbamiento o el desplome de grandes masas de tierra o rocas, fenómeno que en América se conoce como “deslave”. Lógicamente en esos países de clima húmedo y con las condiciones meteorológicas extremas que se generan durante un huracán (fuertes vientos y precipitación de mucha agua) los problemas de este tipo son más frecuentes e intensos. Pero no debemos olvidar que el actual crecimiento de las ciudades en España, o Europa, hacia terrenos de montaña o infraestructuras subterráneas (túneles, metro, etc.) está generando también problemas muy serios (derrumbes de túneles, desplome de laderas sobre carreteras, etc.) que los ingenieros debemos estudiar, analizar y aportar soluciones eficientes y reales.

Los taludes de nuestros paisajes, pueblos y ciudades están tan implicados en nuestras vidas y de formas tan distintas que realmente no podemos permitirnos el ignorarlos.

Con el desarrollo de los transportes, tanto por carretera y ferrocarril, cada vez aparecen más taludes generados por el hombre para mejorar esas vías de comunicación o para construir viviendas o industrias. Esta modificación el paisaje necesaria, sin duda alguna modifica las características y estabilidad del mismo, por lo tanto se debe hacer manteniendo unos parámetros de seguridad, para evitar en el presente o en el futuro accidentes o fallos del terreno.

Las obras de las grandes infraestructuras de la Europa Occidental están cerca de su conclusión y sólo algunos países de la Comunidad Europea, España entre ellos, tienen pendientes aún la realización de importantes obras, tanto en el entorno de las vías de comunicación (puertos, carreteras, ferrocarriles, etc.) como en el contexto de la

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infraestructura hidráulica o en el campo de la actividad industrial. No debemos olvidar que en la comunidad autónoma de la Región de Murcia se están proyectando gran número de estas obras, por ejemplo: autovía Cartagena-Vera, autovía Totana-Mazarrón, grandes residenciales con campos de golf; futuros puertos deportivos como el Puerto Mayor en la Manga del Mar Menor, grandes centros comerciales tanto en Cartagena como en Murcia; nuevas centrales de energía en el Valle de Escombreras; grandes diques para el atraque de grandes buques, etc. En la mayoría de estos proyectos de ingeniería y arquitectura se producen grandes movimientos de tierra, se crean infraestructuras subterráneas, zanjas, taludes, etc. o incluso se aprovecha al máximo el terreno construyendo grandes muros de contención, teniendo que analizar la probabilidad de caída o fallo de los mismos. Dichos proyectos han sido y están siendo realizados por equipos profesionales amplios, con asistencia técnica propias o ajenas a sus empresas y controles que mejoran, al menos formalmente, su fiabilidad. Y sin embargo, se producen fallos con mucha mayor frecuencia de la que sería deseable. ¿Se puede hacer algo para evitarlos? ¡Si!, creo que se puede y se está haciendo un gran esfuerzo por resolver este problema.

Nuestro campo de actividad, como Ingenieros Técnicos de Minas es fascinante y podemos mirar hacia delante esperando un futuro más excitante y prometedor. La empresa privada y los centros de estudios universitarios, entre los que se encuentra mi querida Universidad Politécnica de Cartagena, están creando espacios de investigación y desarrollo de nuevas soluciones, los tan nombrados Proyectos I+D+i.

El estudio de las causas de los fallos del terreno permite aumentar el conocimiento y si, además, ese conocimiento general reduce la frecuencia de los fallos a umbrales mínimos, el objetivo de cualquier técnico en esta materia estaría más que cumplido. He tenido que recorrer un largo camino para descubrir estos nuevos caminos y excitantes campos de la ingeniería minera y geológica. En el he ido conociendo expertos profesores que imparten con una ilusión y entusiasmo sus asignaturas, a ellos debo mi ilusión por este tema.

Este proyecto tiene como objetivo, no el estudio minucioso de las causas que pueden originar fallos en el terreno, sino tiene por misión el estudio de una de las soluciones Antonio Ros Esteban

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que se pueden adoptar para evitar ese fallo o reducir el riesgo que se de. En concreto este Proyecto estudia los diferentes tipos de Anclajes que se están utilizando en la actualidad, intentaremos dar una visión general de las otras soluciones existente así como de los estudios previos a realizar antes de su elección.

Debo agradecer a un gran número de profesionales por haberme ofrecido información, sugerencias, estímulos e ilusión sobre el tema sobre el que versa este Proyecto Fin de Carreta. Entre los más generosos debo incluir, al grupo de profesores de la Universidad Politécnica de Cartagena, entre los que destaco al tutor de este trabajo, el profesor D. Marcos A. Martínez, (profesor de Tecnología Minera, y Métodos de Explotación), al profesor D. Emilio Trigueros (profesor de Geotecnia y Maquinaría Minera) por sus útiles consejos y sugerencias, así por ser un modelo de “técnico” que un día me gustaría ser, y a tantos otros profesores que han conseguido abrir mis ojos para ver el fascinante mundo de la minería. Han hecho que un alumno como yo, no se canse de estudiar y aprender. También me gustaría agradecer la disposición y la ayuda por parte de las empresas Atlas Copco, Dywidag, Mekano, Hilti, Ischebeck Ibérica, etc., y personalmente a D. Carlos Arenas. No puedo terminar este prólogo sin agradecer a Raquel el apoyo a cuanto realizo. Por último a mi familia por estar desde el comienzo (nacimiento) hasta hoy, sin ellos hoy no sería lo que soy.

A todos, ¡gracias por confiar en mi!.

Antonio Ros Esteban

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OBJETIVOS Y ANTECEDENTES

1. Antecedentes

El alumno Antonio Ros Esteban, con D.N.I: 22.993.837-R, habiendo cursado la titulación de Ingeniero Técnico de Minas, en la especialidad “Explotación de Minas”, y una vez superados todos los créditos correspondientes a la misma, redacta el presente, proyecto, para su aprobación si procede, y conseguir así el título que le acredite como Ingeniero Técnico de Minas.

El proyecto versa sobre el estudio y recopilación de los diferentes sistemas y técnicas de sostenimiento.

En toda explotación minera subterránea, el sostenimiento de las labores es un trabajo adicional de alto costo que reduce la velocidad de avance y/o producción pero que a la vez es un proceso esencial para proteger de accidentes al personal y al equipo. El gran número de túneles de carretera y de ferrocarril, que actualmente se está construyendo en nuestro país también necesita de estas técnicas para evitar derrumbes y para el sostenimiento de la propia obra. Por último son los taludes de carretera o de minería a cielo abierto, lo que necesitan en algunos casos la aplicación de sostenimiento, para evitar su derrumbe en determinados casos

Existen varios métodos de refuerzo de la roca, pero de todos el tendón o perno es el más efectivo, rápido de instalar y de bajo costo. Se conocen varios sistemas de pernos y tendones de anclaje desarrollados a través de los años por grupos de investigación y empresas fabricantes para su aplicación en la estabilización de excavaciones subterráneas y superficiales. Estos van desde el bulón de madera hasta el tubo de hierro o acero y varilla de acero corrugado que pueden anclarse de dos formas diferentes: puntual y longitudinal.

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En este Proyecto de Fin de Carrera encontrará un estudio detallado de cada uno de los anclajes comerciales que actualmente (2006) ofrecen las empresas dedicadas a su fabricación. Para los fines de este estudio, nos interesa el anclaje longitudinal, que también puede ser muy variado, y mencionamos de forma superficial otro tipo de soluciones al sostenimiento en minería y obra civil

A medida que he ido progresando en el estudio de este trabajo, la lucha por entender cómo funcionan los esfuerzos en taludes, se ha vuelto mucho más difícil y ha durado más de lo que se podía esperar. Pensé que me llevaría completar este Proyecto de Fin de Carrera apenas unos meses, ha sido un año, pero debo admitir que dominar completamente esta apasionante materia requiere un gran esfuerzo por parte del alumno.

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2. Objetivos del Proyecto.

El alumno Antonio Ros Esteban redacta el presente Proyecto de Fin de Carrera con el objetivo de conseguir el título que le acredite como Ingeniero Técnico de Minas, en la especialidad de Explotación de Minas.

Aunque el motivo de este trabajo es obtener el deseado Titulo de Ingeniero Técnico de Minas, me gustaría decir que el verdadero objetivo, para mi, es dominar los métodos que determinan el tipo de anclajes y todos los parámetros de cálculo matemático, que establecen el número de anclajes y disposición de los mismos, para su colocación en taludes de minería, túneles, galerías, taludes de carretera, etc.

Sinceramente creo que este segundo objetivo lo he cumplido y solo cabe presentar este trabajo y esperar que se dictamine el cumplimiento del Primer Objetivo.

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ÍNDICE GENERAL

ÍNDICE 1

ÍNDICE 1

PRÓLOGO 8

PRÓLOGO 8

OBJETIVOS

Y ANTECEDENTES

12

OBJETIVOS Y ANTECEDENTES 12

CAPÍTULO

1.

Introducción 15

CAPÍTULO 1. Introducción 15

1.1 Introducción 15

1.2 Estudios Geotécnicos 16

1.3 Estructura de los Estudios Geotécnicos 18

1.4 Obtención de datos 19

1.4.1 Rotación 21

1.4.2 Percusión 22

1.4.3 Rotación con muestra continua 22

1.4.4 Rotopercusión 22

1.5 Soluciones para estabilizar terrenos 23

1.5.1 Cimentaciones 24

1.5.2 Pilotes 26

1.5.3 Micropilotes 27

1.5.4 Pantallas, muros de sótano y contención 28

1.5.5 Inyecciones 31

1.5.6 Jet Grouting 32

1.5.7 Soluciones y técnicas combinadas 33

1.5.8 Trabajos bajo el nivel freático 34

1.5.9 TALUDES: estabilidad y actuación 36

1.5.10 ANCLAJES: activos y pasivos 39

1.5.11 Geosintéticos 40

1.5.12 Rellenos, compactaciones y mejora del terreno 42

1.5.13 Patología de cimentaciones 43

C1. BIBLIOGRAFÍA 46

CAPÍTULO

2. Geotecnia Elemental 48

CAPÍTULO 2. Geotecnia Elemental 48

2.1 Características de la matriz rocosa y del macizo 48 2.2 Mineralogía de la roca, matriz, textura y estructura 54

2.3 Tipos de ensayos 57

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2.3.1 Granulometría 57

2.3.2 Densidad 58

2.3.3 Porosidad 59

2.3.4 Permeabilidad 63

2.3.5 Hinchamiento 65

2.3.6 Dureza 67

2.3.7 Abrasión 68

2.3.8 Resistencia a compresión 76

2.3.9 Resistencia a tracción 72

2.3.10 Resistencia al esfuerzo cortante o cizalla 76

2.3.11 Velocidad De las ondas elásticas 81

2.3.12 Técnicas geofísicas 84

2.4 Meteorización 88

2.4.1 Meteorización mecánica 89

2.4.2 meteorización química 90

2.4.3 Oxidación 90

2.4.4 Carbonatación 90

2.4.5 Hidrólisis 90

2.4.6 Hidratación 90

2.4.7 Cambio catódico 90

2.4.8 Quelación 91

2.4.9 Meteorización biológica 91

CAPÍTULO

3. Macizo

Rocoso

96

CAPÍTULO 3. Macizo Rocoso 96

3.1 Características de la masa rocosa 96

3.1.1 Características generales de la masa rocosa 96

3.1.2 Orientación 98 3.1.3 Espaciamiento 99 3.1.4 Espesor 99 3.2 Análisis de la estabilidad de taludes /suelos y rocas) 99

3.3 Los taludes en Roca. Estabilidad 102

3.3.1 Taludes en roca sana y dura no estratificada 102 3.3.2 Desmontes en roca estratificada o con direcciones

preferentemente de diaclasas. 102

3.3.3 Determinación de la estabilidad de los taludes en roca 104

CAPÍTULO

4. Análisis

de estabilidad

107

CAPÍTULO 4. Análisis de estabilidad 107

4.1 Método de estudio 107

4.2 Talud infinito 107

4.3 Método de cuñas 109

4.4 Métodos de masa total. 110

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4.5 Ábacos de Hoek y Bray 110

4.6 Método de rebanadas, Método de Bishop 110

CAPÍTULO

5. Tipos

de roturas

113

CAPÍTULO 5. Tipos de roturas 113

5.1 Taludes en suelo 113

5.2 Taludes en roca 114

5.2.1 Rotura plana 114

5.2.2 Rotura en cuña

5.2.3 Vuelco por pandeo 115

5.2.4 Vuelco de estratos 115

5.2.45 Rotura curva 116

5.3 Análisis de estabilidad 116

5.3.1 Métodos de equilibrio límite 118

5.4 Riesgos asociados al movimiento de taludes 122 5.5 Factores influyentes en la estabilidad111 130

CAPÍTULO

6. Características

Generales de sostenimiento

133

CAPÍTULO 6. Características Generales de sostenimiento 133

6.1 Definición de anclaje 133

6.2 Aspectos a considerar en los anclajes 135

6.2.1 Aplicaciones de los anclajes 135

6.2.2 Aplicaciones de los anclajes más importantes 136 6.2.3 Aplicaciones generales de los anclajes 139 6.3 Estados límites de los anclajes más importantes 141 6.4 Tipos de clasificación de los anclajes 142

6.5 Elementos que forman el anclaje 147

6.5.1 Zona de bulbo o de anclaje 148

6.5.2 Zona libre 150

6.5.3 Cabeza y placa de apoyo 151

6.6 Anclajes comercializados más utilizados 152

6.6.1 Anclajes a base de resina 152

6.6.2 Anclajes a base de cemento 153

6.6.3 Anclajes mecánicos o de fricción 157

6.6.4 Anclajes de cables 158

6.7 Aplicaciones generales de los anclajes 159

6.8 Diseño y dimensionamiento de anclajes 161

6.9 Parámetros o roturas fundamentales para los anclajes 165

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CAPÍTULO

7. Bulones

de Barra

169

CAPÍTULO 7. Bulones de Barra 169

7.1 Historial 169

7.2 Forma de trabajo 169

7.3 Tipos 170

7.3.1 Clasificación 170

7.3.2 Elección del tipo de anclaje 172

7.4 Partes fundamentales del anclaje 173

7.5 Descripción de la instalación 174

7.6 Ventajas de su utilización 175

7.7 Aplicaciones 175

7.8 Parámetros de cálculo 177

CAPÍTULO

8. Anclajes

autoperforantes

180

CAPÍTULO 8. Anclajes autoperforantes 180

8.1 Historial 180

8.3 Ventazas de su utilización 181

8.4 Inconvenientes de su utilización1 182

8.5 Instalación 182

8.6 Brocas de perforación 188

8.7 Características del sistema 189

8.8 Parámetros de bulonaje 193

8.9 Cálculo de los parámetros 196

8.10 Tipos 198

CAPÍTULO

9. Anclajes

de cables

201

CAPÍTULO 9. Anclajes de cables 201

9.1 Historial 201

9.3 Tipos 203

9.4 Partes fundamentales del anclaje 210

9.5 Descripción de la instalación 212

9.6 Tensado de los cables 213

9.7 Inyección 215

9.9 Almacenamiento de los anclajes 216

9.10 Accesorios 216 9.11 Aplicaciones 220

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CAPÍTULO

10. Bulones

mediante cartuchos

224

CAPÍTULO 10. Bulones mediante cartuchos 224

10.1 Historial 224

10.3 Tipos 225

10.4 Elección del tipo de anclaje 226

CAPÍTULO

11. Bulones

Swellex

230

CAPÍTULO 11. Bulones Swellex 230

11.1 Historial 230

11.3 Características del sistema swellex 233

11.5 Inconvenientes de su utilización 237

11.6 Instalación de los anclajes 237

11.7 Ciclo de instalaciones o montaje 238

11.8 Tipos de Swellex 241

11.9 Parámetros de elección de bulones Swellex 242 11.10 Parámetros de elección de la bomba de inflado del bulón 244

11.11 Accesorios 247 11.12 Aplicaciones 251

CAPÍTULO 12. Split

Set

255

CAPÍTULO 12. Split Set 255

12.1 Historial 255

12.5 Instalación de los Split Set 257

12.6 Tipos de Split Set 258

12.7 Accesorios 259

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CAPÍTULO

13. Anclajes

Micropilotes

263

CAPÍTULO 13. Anclajes Micropilotes 263

13.1 Historial 263

13.3 Tipos 268

13.4 Partes fundamentales de los pilotes 270

13.5 Instalaciones 271

13.6 Sistemas de inyección 275

13.7 Cargas de prueba 278

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ÍNDICE DE ANEXOS

ANEXO

I.

Normativa 295

ANEXO I. Normativa 295

CAPÍTULO

II. Aceros 297

CAPÍTULO II. Aceros 297

CAPÍTULO

III. Corrosión 301

CAPÍTULO III. Corrosión 301

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Introducción

1.1 INTRODUCCIÓN

Nos remontaríamos a tiempos antiguos si buscásemos las primeras aplicaciones del suelo como material de construcción. Durante años, el arte de la ingeniería de suelos estuvo basado en experiencias anteriores. Conforme los avances científicos y tecnológicos se fueron sucediendo, la necesidad de diseñar estructuras mejores y más económicas se hizo imperiosa. Esto condujo a un estudio detallado de la naturaleza y propiedades del suelo a principios de nuestro siglo y, que tuvo como colofón la publicación de Erdbaumechanik de Karl Terzaghi en 1925 dando nacimiento a la moderna mecánica de suelos. Este trabajo presenta los principios fundamentales de la mecánica de suelos sobre los cuales están basados muchos estudios avanzados.

Capítulo

1

Cap.1-Imagen 1 Construcción de un puente (cortesía DSI)

La mecánica de suelos es la parte de la ciencia que estudia las propiedades físicas del suelo y la conducta del suelo sujeto a varios tipos de fuerzas. La ingeniería de suelos es la aplicación de los principios de la mecánica de suelos a problemas prácticos.

El termino Geotecnia, o si se quiere, Ingeniería Geotécnica se define como la ciencia y la práctica de la parte de la Ingeniería Civil que engloba los materiales naturales yacentes sobre la superficie terrestre. En general, ello

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incluye la aplicación de los principios de la mecánica de suelos y rocas a los problemas de cimentación.

El conocimiento de la teoría, la práctica y las técnicas de Geotecnia en cada una de las fases y capítulos de un proyecto son evidentemente importantes para llevar a buen fin la cantera u obra, tanto en los aspectos técnico y práctico, como en el económico. En los capítulos de Movimiento de Tierras y de Cimentaciones contamos con la información aportada por el Estudio Geotécnico, del cual se extraen las características y condiciones del suelo.

Esta información va a hacer previsibles ciertos problemas o detalles en la fase de movimiento de tierras y cimentaciones y por otra parte, el comportamiento, la respuesta y reacción del terreno ante la Obra construida.

La Geotecnia pone al alcance del proyectista un gran abanico de posibilidades y de técnicas que harán posible la ejecución de obras y cimentaciones, incluso sobre suelos de características pésimas, en proyectos ambiciosos o simplemente caprichosos.

1.2 ESTUDIOS GEOTÉCNICOS

Los granos minerales que forman la fase sólida de un agregado de suelo son el producto de la meteorización de las rocas. El tamaño individual de los granos varía ampliamente. Muchas de las propiedades físicas del suelo están dictadas por el tamaño, la forma y la composición química de los granos. Para tener un mejor conocimiento de estos factores, conviene familiarizarse con los tipos básicos de roca que forman la corteza terrestre, de los minerales que componen dichas rocas y con los procesos de meteorización.

En base al origen de las rocas, estas pueden clasificarse en tres grandes grupos:

Ígneas, sedimentarias y metamórficas.

A través del ciclo de formación de las rocas se llega a los diferentes tipos y procesos asociados con estas y, de ahí, a estadios considerables como suelo.

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La importancia del estudio geotécnico radica en la necesidad de conocer las propiedades, parámetros y características del suelo sobre el cual vamos a actuar. De la información que de este se desprenda dependerán directamente las técnicas de estructura y cimentación que vayamos a aplicar y, por tanto el coste de la obra a realizar según un anteproyecto preestablecido.

Cap.1-Imagen 2 Talud de una montaña (Cortesía DSI)

Un estudio geotécnico realizado con los medios y técnicas adecuados, bien elaborado, no deja prácticamente margen a la improvisación o a las sorpresas durante la ejecución de la cantera u obra. Sus objetivos básicos son informar acerca de las características, cualitativas y cuantitativas, del suelo sobre el que va a actuarse y, por otra parte, prever la respuesta del mismo ante tales actuaciones.

Dependiendo del tipo de terreno y de la información acerca del mismo y de la Obra a realizar que se posea previamente a la ejecución del estudio pueden preverse con bastante acierto el tipo de estudio a realizar y los medios con que dicho estudio deberá contar y, asimismo la información que el estudio final aportará.

Un buen estudio debe contar con una completa información previa acerca de la Obra a ejecutar y de una documentación lo más completa posible acerca del terreno sobre el cual se cimentará dicha Obra. Esta información determinará los medios de los cuales deberá disponer y el sistema a emplear en la ejecución del estudio.

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1.3 EXTRUCTURA DE LOS ESTUDIOS GEOTÉCNICOS

Prácticamente todos los estudios geotécnicos, independientemente de sus objetivos o naturaleza, cuentan con los siguientes apartados:

- INTRODUCCIÓN

: En la que se apuntan las circunstancias y los datos de contratación, una descripción de la finca y ubicación y los objetivos perseguidos.

-

TRABAJOS REALIZADOS Y METODOLOGIA

: Se describen, por una parte los trabajos realizados en el campo, el método y los medios, así como las incidencias y, por otra parte los ensayos llevados a cabo en el laboratorio.

-

CONTEXTO GEOLOGICO

: Se define el contexto geológico de la zona situando la Obra dentro del mismo.

-

LITOLOGIA Y CARACTERISTICAS GEOTECNICAS

: Se describe detalladamente la litología de los materiales atravesados por los sondeos así como sus características geotécnicas resultado de los ensayos de campo y de laboratorio.

- HIDROLOGIA SUBTERRANEA: Se apunta la presencia o ausencia de agua/nivel freático o humedad en los materiales atravesados por los sondeos, la profundidad del nivel freático y su influencia sobre la Obra a realizar.

- CONCLUSIONES

: Es una recapitulación en la que se hacen una serie de recomendaciones acerca de los métodos de excavación y de la tipología de las cimentaciones, los valores a adoptar para las mismas, así como advertencias u observaciones a estos respectos.

-

ANEXOS

: Se adjuntan los gráficos de cada uno de los sondeos y ensayos realizados, así como un plano de situación de la Obra que incluye la ubicación de los

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sondeos. En algunos casos se describen los ensayos realizados y la metodología empleada en los mismos.

1.4 OBTENCIÓN DE DATOS

Se debe hacer un exhaustivo trabajo de campo, con ensayos que correspondan, para la caracterización mecánica de los distintos materiales y diaclasas, hay que analizar la compatibilidad entre las características estructurales y mecánicas del macizo de roca y la geometría y orientación del talud, cuestionando la estabilidad para cada una de sus escalas: deslizamientos de bloques y cuñas, roturas de bancos y roturas de todo el talud.

Esta labor requiere la adecuada elección de los modelos de análisis y de las leyes del comportamiento de los materiales implicados en dicha estabilidad.

Los datos sobre fracturación y alteración superficial del macizo de roca a excavar se obtienen en la fase inicial del estudio geotécnico, generalmente sobre los afloramientos de roca en taludes de caminos y carreteras, en canteras y excavaciones próximas o preparando calicatas que permitan el contacto con la roca fresca.

Los trabajos desarrollados en cada estación de las rocas más competentes consisten en la medida de diaclasas, con brújula tectónica, martillo de Schmidt y cinta métrica, obteniendo valores de orientación, buzamiento, índice de rebote, espaciado y/o tamaño medio de bloque, extensión, ondulación, rugosidad y nivel de alteración. Se debe adoptar una planilla de toma de datos, donde se recojan todos los datos que vamos observando en nuestra investigación

de campo como puede ser como las de las imágenes 3 y 4.

Cap.1-Imagen 3 Plantilla de datos

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Cap.1-Imagen 4 Plantilla de recoger datos.

A la hora de realizar la plantilla de los datos debemos extremar las precauciones para tomar todos los datos necesarios, de forma clara, detallada, pero sin que llegue a ser excesiva. Bieniawski (1989) en su libro (un manual completo para las clasificaciones geomecánicas del macizo rocoso) se refiere al problema de la presentación de datos geológicos para la caracterización de un emplazamiento es un problema difícil, la presentación de estos datos para su uso en ingeniería es a veces incluso más difícil. Por este motivo, debemos realizar un trabajo previo.

Después de su tratamiento estadístico, los datos estructurales se representan por medio de mapas de densidad de polos en proyección estereográfica, utilizando alguno de los programas existentes (Ej. DIPS de Rocscience), lo que permitirá conocer la sistematicidad y persistencia del diaclasado y su agrupación en familias de análoga orientación y buzamiento.

Una vez organizados en los mapas de densidad se procede a su contraste con las grandes fracturas identificadas en los mapas geológicos y fotos aéreas, lo que aporta las relaciones del diaclasado con las fallas, pliegues y cabalgamiento de la zona, que suelen intervenir como fronteras de cada dominio estructural.

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El reconocimiento geomecánico de la zona de excavación se completa combinando datos mediante sondeos. Esta fase del trabajo debe también ser programada con anterioridad, para reducir sus costes. En cualquier caso, los sondeos deben aportar siempre información sobre las zonas de pie del talud final, que serán las más solicitadas tras la excavación y en las que la presencia de agua puede ser determinante. Los diferentes tipos modos de realizar estos sondeos son:

Cap.1-Imagen 5 Tipos de perforación y martillos (Cortesía C. Arenas)

1.4.1 ROTACIÓN

.

Mediante una tubería que corta el terreno y lo introduce dentro de la misma, se extrae muestra del terreno (testigos) susceptible de ser ensayada en el laboratorio. Esta muestra presenta unas características muy similares a las del terreno original del cual ha sido extraída, constituyendo uno de los mejores sistemas de sondeo dirigidos a estudios geotécnicos.

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1.4.2 PERCUSIÓN.

Una tubería ciega es introducida en el terreno mediante la hinca por golpeo de su extremo superior. Esta tubería puede estar provista de una cabeza hueca a través de la cual se introduce el terreno atravesado por este procedimiento. De este sistema se extraen datos acerca de la resistencia del terreno a la penetración. Las diferentes resistencias, tabuladas o conocidas de antemano, dan información acerca de la naturaleza del terreno, de su dureza, compacidad, etc.

La muestra que se obtiene por este procedimiento, cuando esta se extrae de la tubería hueca, presenta una alteración de las características del terreno del cual se ha extraído puesto que ha sido alterada por el proceso de penetración y extracción empleado en el sondeo.

1.4.3 ROTACIÓN CON MUESTRA CONTÍNUA.

Por este proceso se obtiene una "viruta" o detritus, según el tipo de terreno, cuyas características pueden tener poco que ver con las del terreno del cual procede. Esta es una muestra muy alterada y de ella tan solo se pueden extraer parámetros cualitativos con cierta reserva. Este sistema se emplea sobre todo en aquellos terrenos de los cuales se espera, previamente, un perfil estratigráfico sencillo y definido o bien un sustrato muy diferenciado, cualitativa o cuantitativamente, del espesor suprayacente.

1.4.4 ROTOPERCUSIÓN.

Mediante este sistema se extrae un detritus granulado procedente de la destrucción del terreno atravesado por la batería de perforación. Al igual que en el sistema anterior, los datos que de este pueden obtenerse son como mucho cualitativos. El resto, procedimiento y resultados, son equiparables a lo mencionado para el sistema anterior.

Existen otros procedimientos y sistemas de sondeo, aunque los más usuales han sido mencionados, es conveniente resaltar que existen otros procedimientos que combinan uno o varios de los enumerados anteriormente y además enumerar los métodos de prospección eléctrica y sísmica y, el georadar.

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1.5 SOLUCIONES PARA ESTABILIZAR TERRENOS

En toda explotación minera, el sostenimiento de las labores es un trabajo adicional de alto costo que reduce la velocidad de avance y/o producción pero que a la vez es un proceso esencial para proteger de accidentes al personal y al equipo.

Existen varios métodos de refuerzo de la roca, pero de todos el tendón o perno es el más efectivo, rápido de instalar y de bajo costo. Se conocen varios sistemas de pernos y tendones de anclaje desarrollados a través de los años por grupos de investigación y empresas fabricantes para su aplicación en la estabilización de excavaciones subterráneas y superficiales. Estos van desde el bulón de madera hasta el tubo de hierro o acero y varilla de acero corrugado que pueden anclarse de dos formas diferentes:

Puntual y longitudinal.

Para los fines de este estudio, nos interesa el anclaje longitudinal, que también puede ser muy variado, pero mencionaremos solo a la lechada de cemento y a la resina epóxica, esta última muy eficiente en sostenimiento inmediato y donde existen aguas corrosivas y otras restricciones. Actualmente es escasa su aplicación en operaciones mineras por su elevado costo; en su reemplazo se emplea la lechada de cemento que es muy usada en anclaje longitudinal con resultados satisfactorios en ambientes secos, ausentes de aguas corrosivas, o donde no se generan vibraciones y no se requiere sostener el terreno con rapidez y en forma permanente.

A medida que he ido progresando en el estudio de este trabajo, la lucha por entender cómo funcionan los esfuerzos en taludes, se ha vuelto mucho más difícil y ha durado mucho más de lo que se podía esperar. Acabo de citar los casos más utilizados por parte de los Ingenieros Técnicos de Minas en su responsabilidad como técnicos pero debo advertir al lector que es solo una pequeña parte de las soluciones que se pueden dar para la estabilización de taludes, A continuación describo, de forma superficial, distintas soluciones para ese fin, que es la estabilización de taludes.

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1.5.1 CIMENTACIONES

La cimentación supone el contacto entre la estructura y el suelo, es el "pie" de la estructura construida suponiendo asimismo, el contacto entre dos medios de diferente naturaleza. "Este contacto tendrá únicamente continuidad en el tiempo, en el caso de que se realice a través de un elemento intermedio de transición. De no ser así el medio más débil acabará destruyéndose. En el caso de una edificación las propiedades de la estructura y del suelo son dispares, siendo una de las características más sobresalientes la rigidez de la estructura y la deformabilidad del suelo. Es por ello necesaria la utilización de un elemento intermedio, que llamaremos cimiento, que sea capaz de amortiguar suficientemente los asentamientos que se producirán en el suelo si se apoyara directamente la estructura y que no podrían ser absorbidos por esta" -en García, J. et al., 1977-.

La dimensión y tipología del cimiento dependerán tanto del suelo como de la propia estructura. Esta tipología se agrupa en tres bloques en función de las dimensiones de la base del cimiento respecto a la profundidad del mismo:

- Cimentaciones superficiales.

- Semiprofundas.

- Profundas.

Cap.1-Imagen 6 Puente con pilotes (cortesía DSI)

1.5.1.1 CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Las más representativas son las zapatas aisladas, que consisten en poliedros de hormigón armado de 0.5 a 4 m. de lado y una profundidad de 1 a 2m. Sobre las cuales se apoya la estructura. Normalmente están unidas entre sí por elementos de hormigón

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armado con secciones típicamente rectangulares más estrechos que las zapatas en sí, las riostras o vigas de atado. Las riostras actúan como elemento de ligado del conjunto de la cimentación, amortiguando los efectos de los momentos de las fuerzas que actúan sobre los pilares y corrigiendo el efecto negativo sobre la estructura que conllevaría un comportamiento diferente del suelo bajo una o varias zapatas, esto es, asentamiento diferencial.

Cuando las dimensiones de la zapata y la riostra son muy parecidas se habla de zapata continua o corrida, una solución aplicada a estructuras que transmiten las cargas no ya de forma puntual por pilares sino de forma lineal, por muros de carga.

Del mismo modo, cuando la densidad de zapatas y riostras es muy elevada a causa de que las cargas transmitidas puntual o linealmente al terreno son excesivamente grandes se opta por las llamadas losas de cimentación, un elemento de hormigón fuertemente armado que se extiende en toda la superficie a construir, con una profundidad usual de 1 a 3 m... Esta repartirá de manera uniforme las cargas en toda la superficie de apoyo sobre el terreno.

Cuando se habla de cimentaciones semiprofundas se habla prácticamente en los mismos términos que los anteriores, aunque es usual emplear definiciones como pozos o zanjas. La profundidad de estas no sobrepasa normalmente los 4 m.

1.5.1.2 CIMENTACIONES PROFUNDAS.

Por lo general a este tipo de cimentaciones van ligadas técnicas y medios de una tecnología en constante renovación y en algunos casos de complejidad notable, conllevando un despliegue de medios, maquinaria y personal considerables. Esto se traduce en un coste económico importante que repercute directamente sobre la edificación. No obstante, en casi todos los casos su empleo está justificado por representar la solución más rentable o si más no, la más viable.

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APLICACIONES: Nuevas cimentaciones

Cap.1-Imagen 7 Cimentación de un depósito de aguas (Cortesía DSI)

1.5.2 Pilotes

Es uno de los elementos de empleo más antiguo, popular y extendido. Consiste esencialmente en una perforación del terreno, de forma cilíndrica, rellenada de hormigón armado, trabajando todo el conjunto en sometimiento a compresión. Existen variaciones en las que el elemento es prefabricado, de madera u hormigón y se introduce en el terreno mediante percusión sobre uno de sus extremos, esto es, hincado o clavado.

Posteriormente, las zapatas que -en el caso de este tipo de cimentaciones reciben el nombre de encepados- se apoyarán sobre los pilotes que transmitirán la carga de la estructura a un sustrato más resistente que el suelo superficial. Su longitud y diámetro por tanto estarán en función de la profundidad de este, de la carga transmitida y del tipo de terreno que se atraviesa.

Dependiendo de esto, el número de pilotes por cada zapata varía usualmente entre 2 y 5 unidades y los diámetros más usuales son entre 350 y 1500 mm., con una gradación de diámetro de 50 mm.

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La carga que soportan se transmite a lo largo de las paredes del pilote, fuste, y a través de la punta. La capacidad de carga oscila según el diámetro y el sistema de perforación entre 40 y 800 Tn.

Los sistemas de perforación son muy variados: barrena helicoidal corta o continua, el cazo, la cuchara, la hinca, el entubado recuperable o perdido, etc. Dependiendo del sistema de perforación el pilote se clasifica según la normativa NTE, apartado CPI, que dicta unas condiciones de uso y capacidad de carga, dependientes muy estrechamente del tipo de terreno que atraviesan.

El empleo de pilotes está condicionado a lugares en los que pueda acceder y trabajar libremente la maquinaria grande y pesada que se emplea. De otra parte la perforación se hace muy difícil terrenos rocosos o bien con gravas y grandes bloques sueltos.

1.5.3 Micropilotes

Son básicamente pilotes de diámetro inferior a 350 mm., podemos encontrar micropilotes desde algunos cm. hasta 200 mm. y, por tanto su capacidad de carga es también menor, oscilando entre 10 y 100 Tn., en función del diámetro y de la armadura de acero que se emplee.

Cap.1-Imagen 8 Fases de la construcción de micropilotes (Cortesía C. Arenas)

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Esta consiste habitualmente en un tubo de acero de diámetro y espesor de pared variables o bien de tres o cuatro redondos de acero.

Los sistemas de perforación pueden ser idénticos a los de los pilotes aunque la maquinaria que se emplea, si bien tanto o más sofisticada, es de menor tamaño.

Actualmente está muy extendido el uso del sistema de perforación por roto percusión de accionamiento neumático o hidráulico para la ejecución de micropilotes.

El uso del micropilote, cuando las cargas deben transmitirse a un sustrato profundo, se hace necesario en lugares en los que, por limitaciones de espacio u operativas, la maquinaria y equipos de pilotaje no pueden acceder o trabajar libremente, usualmente en recalces de edificios ya existentes.

1.5.4 Pantallas, muros de sótano y contención.

Cuando se hace necesaria una estructura de contención de tierras, sometida a empujes, activos y pasivos, hablamos de muros de contención. En el caso que la construcción de un edificio implique una excavación profunda (por ejemplo para plantas subterráneas y sótanos), que esta excavación corte al nivel freático, que suponga peligro para edificaciones vecinas o bien que la construcción del muro de contención en sí implique un peligro para la estabilidad de las tierras, entonces se habla de pantallas.

Son paneles de muro, módulos adheridos entre sí y dispuestos de manera poliédrica delimitando un perímetro, excavados y formados "in situ". Generalmente los dos tercios de su profundidad corresponden a la profundidad total de la excavación de la Obra y, el tercio restante a empotramiento. Este empotramiento le confiere al módulo una resistencia al vuelco deducida de la combinación de los empujes activo y pasivo.

Una vez completado dicho poliedro, se procede a la excavación y vaciado de las tierras que confina y, en función de la profundidad de la excavación, se distribuyen puntos de anclaje en todo el perímetro normalmente dispuestos en hileras horizontales, a un mismo nivel y separados entre sí entre 1 y 5 m.

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La hilera superior acostumbra a disponerse a unos 2 m. de la coronación de la pantalla y, en función de su profundidad, pueden disponerse más hileras.

La excavación de las pantallas se realiza mediante una pala o cuchara bivalva que pende de una grúa, accionada mecánica o hidráulicamente y que se va introduciendo en el terreno extrayendo las tierras excavadas.

Cap.1-Imagen 9 Colocación de sostenimiento para pantallas (Cortesía C. Arenas)

Para evitar el desprendimiento de las paredes excavadas se emplean lodos tixotrópicos, habitualmente bentonita, que mezclados en una proporción definida con agua van rellenando totalmente la excavación.

Una vez excavado el módulo hasta la cota precisa, se procede a introducir la armadura y seguidamente el hormigón mediante un embudo que llega hasta el fondo desalojándose paralelamente el volumen correspondiente en lodos de perforación.

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La secuencia de excavación de los paneles es alternativa, en lo que se denominan series pares e impares. Con esto se evita alterar durante la excavación los módulos recién acabados o debilitar el terreno en una zona determinada.

La misión de los lodos tixotrópicos o lodos de perforación es esencialmente reducir los costes de perforación, no obstante tiene además otras importantes misiones.

- Estabilización de las paredes de la perforación mediante la formación de una delgada y compacta torta de filtración (cake) o bien a través de sus propiedades inhibidoras.

- Control de la presión de formación: Sobre el papel bastaría el peso de la columna de agua como elemento estabilizador, a la práctica la densidad de esta debe ser aumentada con lodos o cargas inertes.

- Refrigeración y lubricación de las herramientas de perforación y de los materiales atravesados por la perforación.

- Conservación de la formación: Las propiedades inhibidoras y la formación de la torta de filtración, delgada e impermeable, preservan a la formación de las acciones negativas alteradoras de las propiedades de la formación atravesada.

- Transporte de cuttings: Facilitan el arrastre y transporte de cuttings desde el fondo de la perforación a la superficie si más no, los mantienen en suspensión.

El lodo por excelencia es la bentonita mezclada con agua, a la que puede a añadirse sulfato bárico o creta y, los espumantes.

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1.5.5 Inyecciones

Los fines que persigue la inyección son la impregnación de suelo, es decir, la obturación de sus huecos sin provocar la rotura del este. Esto se traduce en la consolidación o impermeabilización de un suelo o bien ambas cosas íntimamente ligadas.

Esta técnica engloba el conocimiento de la Mecánica de suelos y rocas, de fluidos, la evolución de las deformaciones , el tiempo, la materia entre sus estados sólido y líquido (Reología), la Química Orgánica e Inorgánica, la Físico-Química de coloides, etc.

Se aplica habitualmente como expediente para facilitar la excavación bajo la capa freática, en consolidación de suelos, en la excavación de túneles, entre los más usuales.

La técnica consiste en inyectar a presión - entre unos pocos y hasta varios centenares de Kg. /cm. - uno o varios fluidos a través de una perforación mediante una sonda conectada a una

bomba de inyección y provista de ranuras o toberas por las que se proyecta el fluido y, que está conectada a una bomba de inyección.

Los fluidos inyectados son habitualmente

lechada de cemento, de bentonita, de ambos o de otros

líquidos, newtonianos Cap.1-Imagen 10 Tipos de inyecciones (Cortesia C. Arenas) o no, constituidos por productos químicos del tipo silicatos,

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reactivos de estos, resinas orgánicas y productos hidrocarbonados puros. No contienen partículas sólidas en suspensión, aunque a veces hay presencia de micelas coloidales de dimensiones menores que las más finas partículas de bentonita.

Los parámetros de inyección, presión, cantidad y velocidad de inyección, dependen directamente de los factores del suelo y, muy especialmente, de los que determinan su porosidad, granulometría y compacidad y del mismo modo, la permeabilidad del suelo, que se determina por ensayos Lefranc o bien por pruebas de inyección "in situ".

1.5.6 Jet Grouting

Es la técnica de uso más reciente de la explicadas hasta ahora combinando la experiencia, fundamentos y técnicas de casi todas las descritas.

Consiste básicamente en una inyección a presión elevada - entre 50 y 1000 Kg. /cm.

- a través de una perforación realizada previamente, en sentido ascendente y combinando la rotación y la traslación (ascendente) de la sonda de inyección. A diferencia de la inyección descrita ss., en este caso el fin que se persigue si que consiste en romper el suelo y arrancarlo, abarcando un radio de acción concreto y definido. El efecto mecánico erosivo que produce el chorro proyectado a alta presión genera un cutting que se mezcla con el fluido inyectado dando lugar, un vez consolidado, a un cuerpo constituido por fluido de inyección y suelo, con unas resistencias desde 25 a varios centenares de Kg. /cm. , según el caso.

El resultado final suele ser un pilote, de diámetro variable -entre pocos cm. y 2 m.- monolítico, constituido por un "hormigón" cuya matriz y grano la forman el cutting y, el cemento, el fluido inyectado que suele ser cemento Portland o cualquiera de los productos descritos en el apartado de inyección.

El empleo de esta técnica, que se ha mostrado muy versátil, esta muy ligado a las Obras Públicas como la excavación de túneles (paraguas) y de presas.

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Es también una técnica importante para el sellado de fisuras, grietas o juntas en elementos estructurales sumergidos o bajo la influencia directa del nivel freático. La versatilidad de los equipos le hace muy práctica en aquellos lugares o terrenos en los que los equipos o técnicas de otros sistemas se hacen inoperantes, sobre todo en obras bajo el nivel freático, en suelos de cohesión nula, con grandes bloques y en recalces de determinadas características.

1.5.7 Soluciones y técnicas combinadas

Cap.1-Imagen 11 Aplicaciones de micropilotes (Cortesía DSI)

Enumerarlas todas sería como enumerar todas las posibilidades que la imaginación y el ingenio del Ingeniero permitieran. Es por ello que citamos algunas como las más usuales.

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- Pantallas discontinuas de pilotes, micropilotes, Jet Grouting, inyección, impermeabilizantes de bentonita-cemento,...

- Consisten en la disposición más o menos tangencial de estos elementos, que pueden estar unidos por una inyección o Jet Grouting posterior o sujetos por anclajes.

- Anclajes constituidos por una zona de anclaje ejecutada mediante Jet Grouting.

- Micropilotes o armaduras implantadas en perforaciones previas de inyección o Jet Grouting.

- Consolidación y estabilización de suelos y taludes mediante pilotes pasivos.

1.5.8 Trabajos bajo el nivel freático.

Rebajamiento. Well Points. Congelación.

Entibación y tablestacado.

Cuando se llevan a cabo trabajos en los cuales el nivel freático se halla muy por encima de la cota más baja afectada por los trabajos se plantea la necesidad de anular,

contrarrestar o eliminar la presencia de este.

Existen diferentes técnicas y combinación de estas para asegurar que durante la ejecución de las obras o posteriormente, temporal o permanentemente, la presencia de agua no va a afectar a las mismas.

Cuando el objetivo de las obras es excavar uno o varios sótanos bajo el nivel freático la técnica más usual es la ejecución de las pantallas, como describimos.

Su misión, a parte de constituir los futuros muros, es provocar un gradiente lo suficientemente importante en el nivel freático para que la excavación se realice por los medios más convencionales posibles y en condiciones de saturación o de humedad del suelo muy baja.

Cap.1-Imagen 12 Tablestacas (C.

Arenas)

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Su eficiencia depende mucho del tipo de suelo, de la profundidad de la excavación y de la de las pantallas.

En casos particulares el gradiente creado en el nivel freático puede constituir problemas de subpresión, empuje en sentido ascendente, de la losa que descansa sobre el suelo. Este efecto se contrarresta anclando la losa al suelo mediante anclajes tesados a cargas adecuadas.

Otro de los casos que se plantean en estas condiciones es en las excavaciones subterráneas que discurren por suelos saturados, bajo ríos, lagos o mares.

En estos casos se suelen emplear técnicas combinadas de pantallas, pilotes, micropilotes, inyecciones y/o Jet Grouting. En

determinadas condiciones se emplean las técnicas de congelación del terreno, que consisten en la inyección de Nitrógeno por similares procedimientos a los descritos en el apartado de inyección, permitiendo por una parte realizar las obras en condiciones de humedad media o baja y por otra parte, confiriendo al terreno una compacidad o estabilidad superiores a las naturales. En la mayoría de los casos ambos suponen el fin que se

persigue. Este procedimiento tiene en general un carácter temporal hasta la puesta en servicio de la Obra, aunque puede tener un carácter más o menos permanente.

Otra técnica, también empleada con carácter provisional, es el rebajamiento de la capa freática mediante pozos drenantes, a través de los cuales de extrae el agua bombeando, consiguiéndose la cota de nivel freático deseada. Este tipo de rebajamiento se emplea en excavaciones cuya cota no rebasa en demasiados metros por debajo a la del nivel freático.

En aquellas excavaciones en las que esta cota es ostensible se emplea el sistema de micro pozos encadenados o de Well Points. Esta técnica se basa en unos pozos de peque o diámetro, raramente superior a 200 mm., excavados por introducción de un tubo o lanza por cuyo extremo se proyecta agua a presión.

Cap.1-Imagen 13 Zanja con tablestacas (C. Arenas)

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Una vez alcanzada la cota deseada, las lanzas dispuestas a una distancia peque a predefinida y delimitando un perímetro, se conectan en cadena a una bomba de vacío que extrae el agua, produciendo el vaciado del agua de todo el perímetro que delimitan a la profundidad deseada. Esto implica un tiempo de vaciado, en función del equipo, del terreno y del volumen a evacuar.

Su uso es necesario en obras subterráneas, canalizaciones o excavaciones en la que se ha de instalar un elemento (tubo, túnel, losa de cimentación, canalización) sobre el cual posteriormente van a implantarse nuevamente las tierras extraídas o bien como medida provisional para facilitar las obras de construcción.

1.5.9 Taludes: Estabilidad y actuaciones. Soil Nailing.

"El diablo del deslizamiento parece reírse de la incompetencia humana" (en Peck, R.B., 1967). Quería empezar con el apartado más importante de este capítulo, para este proyecto con una cita. En ocasiones esta satírica frase parece ser del todo cierta, no obstante, la complejidad y el difícil tratamiento del tema de la estabilidad de taludes hacen que se presenten fenómenos del todo imprevisibles, si más no, poco probables.

Afortunadamente hoy contamos con numerosos ingenieros y expertos en esta materia que pueden determinar con exactitud los problemas y sus soluciones.

Estamos ante uno de los temas más importantes dentro de la Ingeniería Geológica, muy útil en el campo de la Minería, la Construcción y la Geomorfología, con importantes repercusiones económicas sobre las obras que se construyen.

Bajo estos conceptos. Su problemática requiere un profundo y meditado conocimiento geológico y geotécnico, así como de las técnicas de actuación que permitan al proyectista escoger entre ellas, las más adecuadas o viables.

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Los fundamentos de cálculo, lejos de ser sencillos, se basan en las características geotécnicas y lito estratigráficas de los materiales que constituyen el talud, así como de la altura e inclinación del mismo. Incumplido uno o varios de los parámetros que de estos se determinan, la estabilidad del talud está amenazada y, su tendencia estará dirigida a compensar dichos parámetros. Esto, traducido, supone desprendimientos, desplomes, deslizamientos.

La finalidad de la Geotecnia consiste en determinar estos parámetros, prevenir o, en último caso, poner remedio a los fenómenos de inestabilidad.

Para ello contamos con diferentes sistemas que, individual o combinadamente, ofrecen un gran abanico de posibilidades, de las cuales enumeramos las más corrientes.

La técnica que va a estar presente en casi todos los casos va a ser aquella que supone la actuación más directa, de carácter preventivo o paliativo, que es la que consiste en dar al talud la altura, pendiente y el perfil más ajustados a lo que se deduce en los cálculos realizados. A partir de aquí y en función de las características de la Obra y de su entorno, pueden realizarse acciones combinadas con esta o no.

Cap.1-Imagen 14 Cálculos de sostenimiento (Cortesía C. Arenas)

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- Gunitado: Consiste en proyectar cemento o mortero sobre la superficie del talud con el fin de impedir la meteorización y la erosión de los materiales que lo forman así como de cementar, unir y ligar las fracciones en que pudiera estar dividido.

El resultado final es una delgada capa de mortero de escasos centímetros que lo cubre, pudiendo estar reforzada por una malla de acero. También hay que incluir el gunitado con fibras, es una solución muy extendida, sobre todo, en la construcción de túneles.

- Mallas: Consiste en la colocación de una malla que sujeta al talud por arriba y abajo, cubriendo la superficie de este y capturando trozos de roca e impidiendo su proyección o caída fuera de esta.

- Bulones: Son anclajes pasivos que, con una longitud mínima, cosen y sujetan los bloques de roca al macizo del talud. Su empleo es habitual en taludes rocosos en los que los bloques son de cierto tamaño.

- Anclajes activos: Suelen ser de carácter permanente y cuya función es similar a la anteriormente descrita, aunque su uso puede hacerse extensivo a todo tipo de terrenos.

- Muros de contención: Son muros que se instalan habitualmente al pie del talud constituyendo estructuras de contención de las tierras del mismo. Pueden instalarse como elemento contrarrestarte de las fuerzas de empuje causadas por la inestabilidad o deslizamiento de las tierras o como barrera o presa que evite la caída o proyección de las tierras más allá de los lindes de este.

Cuando los empujes se prevén considerables estas estructuras adquieren un carácter importante siendo necesario el apuntalado o anclado de las mismas.

- Pilotes pasivos: Se colocan con el fin de introducir una discontinuidad dentro del macizo, como elemento de cosido o atado del mismo. Su ejecución en muchos casos constituye en sí una mejora de las características geotécnicas del terreno.

- Inyecciones: Su misión es consolidar los materiales constituyentes o simplemente variar o cambiar las condiciones geotécnicas hacia otras más favorables.

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- Geosintéticos: Esencialmente constituyen elementos que introducidos dentro de los materiales del macizo y/o combinados con ellos evitan la erosión, la meteorización del talud, su degradación y, por otra parte puede hacerse que estos actúen como elementos de estabilización, refuerzo o contención de los materiales constituyentes.

1.5.10 Anclajes: activos y pasivos

Consisten esencialmente en una perforación de diámetro entre 30 y 150 mm.

Dentro de la cual se instala un elemento, cable o barra de acero, que sujeto al terreno por un extremo, por el otro se apoya en una placa que descansa sobre una superficie que puede ser un muro, una pantalla, una solera,...

Este conjunto está sometido a tracción, a arrancamiento del terreno.

Su finalidad es sujetar al terreno un determinado elemento o estructura o bien el propio terreno o diaclasas.

El anclaje consta de:

- Zona de apoyo: formada por una placa de acero de

apoyo en la estructura sobre la que descansa a su

vez la cabeza de anclaje.

- Zona libre: es la parte del tirante, cables o barras, que no se adhiere al terreno y que por tanto se deforma, se estira por la fuerza de tracción libremente. Cap.1-Imagen 15 Sostenimiento de talud carretera. (Cortesía C. Arenas)

- Zona de anclaje: es la zona que queda adherida al terreno, normalmente mediante cemento. Esta es la zona que se opone a la fuerza de tracción, al arrancamiento.

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Si la fuerza de tracción entra en juego por acción de una fuerza exterior y se opone al movimiento del terreno, se le denomina anclaje pasivo; si por el contrario, la fuerza de tracción aparece artificialmente por tesado, precomprimiendo el terreno, se le denomina anclaje activo. En este caso, al actuar la fuerza exterior se equilibra a expensas de la descompresión del terreno, sin apenas variaciones de tensión o deformación del tirante en tanto no se exceda a la fuerza de tesado.

La fuerza de tesado varía evidentemente en función del tirante, de su longitud y del terreno en el que se ancla: podemos tener tracciones desde escasos kilos a 200 Tn.

Su uso está muy extendido en la sujeción de paredes de excavaciones profundas, pantallas, muros, ancla de soleras sometidas a subpresión y en cosido de rocas y taludes.

1.5.11 Geosintéticos: Geotextiles, Geomallas, Geomembranas y Geocompuestos.

El uso y empleo de estos materiales está muy extendido en EE.UU. y, en menor medida, en Europa, en España es aún un auténtico desconocido.

Su utilización está justificada por el carácter innovador, económico y ecológico que suponen.

Consisten esencialmente en telas, láminas o mallas de material sintético, plásticos y polímeros, que dispuestos o introducidos de muy diversas y determinadas maneras constituyen un elemento de refuerzo, de estabilización, de protección o de modificación de las características geotécnicas de las tierras en las que están confinados.

De todo el grupo de geosintéticos, los geotextiles son aquellos cuyo uso está más extendido y son mejor conocidos. Su aspecto es el de una tela, de tejido no-tejido, similar al fieltro. Su empleo está justificado como drenaje y como barrera que deja pasar el agua y la fracción más fina de las tierras en las que se inserta. Su elevada resistencia

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mecánica y química lo convierte en un material muy adecuado para el "empaquetado"

de drenajes en canalizaciones, trasdós de muros y en general en aquellos materiales en que la presencia de agua constituya un problema de lavado de estos.

El uso de las geomallas está dirigido a construcciones en la que las tierras tienen un papel fundamental como material de construcción o como elemento estructural. Así, constituyen auténticas armaduras o armazones en empaquetamientos de tierras tanto en sentido vertical -muros ecológicos, gaviones, mallas de protección o contención-, como en sentido horizontal-carreteras de tierra o asfalto, balsas, taludes-.

Cap.1-Imagen 16 Estabilización de taludes (Cortesía C. Arenas)

Por último, las geomembranas y geocompuestos están asociados al complemento de Obras en las que intervienen algunos de los geosintéticos anteriormente mencionados.

No obstante, el uso de geomembranas, cuyo máximo exponente son las láminas de polietileno, está muy extendido en impermeabilizaciones y aislamientos de construcciones y excavaciones -balsas y diques de tierra, vertederos de residuos, muros impermeabilizantes-.

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Los geocompuestos suelen ser uno de los geosintéticos ya mencionados que, en combinación con algún compuesto o producto químico, constituyen elementos de soporte, fijación, drenaje,...

El ejemplo más conocido es el de las geomallas impregnadas con tierras, abonos y semillas (hidrosiembra preinstalada) constituyendo una capa vegetal prefabricada y colocada "in situ". Otro ejemplo es la geomalla impregnada de asfalto o bituminosos para la rápida construcción de carreteras o trazados provisionales.

1.5.12 Rellenos, Compactaciones, y mejoras del terreno

Se habla de rellenos cuando, en general, por diferencia de cota topográfica es preciso aportar tierras sobre las existentes y, en buena parte de los casos, cuando las tierras de la capa superficial no poseen unas buenas cualidades geotécnicas para la Obra que vamos a realizar sobre las mismas. Las tierras aportadas tienen entonces unas características determinadas de granulometría, finas y humedad de manera que, dispuestas en capas cuyo espesor no supera los 30 cm., pueda procederse sobre estas compactándolas mediante maquinaria pesada adecuada (rulos o apisonadoras vibrantes, patas de cabra).

El resultado final es un suelo de compacidad y densidad elevadas, cuantificadas mediante el ensayo Proctor o CBR (o sus variantes modificadas) y la densidad equivalente en arena o de la sonda Gamma, respectivamente.

El empleo de estas técnicas es habitual en la construcción de trazados de carreteras y tendidos férreos, así como en la construcción de polígonos industriales en determinadas zonas.

Existe un procedimiento, poco empleado en nuestro país, llamado compactación dinámica, que consiste en la compactación mediante un peso (bloque de acero u hormigón) que se deja caer libre y repetidamente desde una grúa sobre el suelo natural o aportado.

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Hablaremos de mejoras del terreno en aquellos casos en los que combinando cualquiera de las técnicas mencionadas hasta ahora, conjunta o separadamente, conlleven el cambio o adecuación de alguna o algunas características geotécnicas del terreno a la actuación que se pretenda llevar a cabo.

1.5.13 PATOLOGIA DE CIMENTACIONES

Hasta ahora hemos estado hablando casi siempre de las técnicas aplicadas a proyectos de obra nueva en los que el objetivo final es conseguir la estabilidad del dúo suelo-estructura; nuestros estudios y proyectos geotécnicos y nuestras cimentaciones iban dirigidas a este fin. No obstante, una parte interesante de la Geotecnia y la Cimentaciones debe hacerse cargo de los problemas, de los fenómenos que se manifiestan cuando la estabilidad del dúo mencionado se altera.

La mayor parte de los fenómenos se manifiestan de manera relativamente rápida en edificaciones y estructuras tanto antiguas como modernas mientras que otros, sin embargo van manifestándose de manera gradual a lo largo del tiempo.

Estas manifestaciones se presentan en forma de deformaciones, dúctiles o frágiles, en uno o varios de los elementos que componen la estructura, generalmente cerramientos y paramentos. En la mayoría de los casos tiene su origen en una desestabilización del dúo suelo-estructura, en concreto, del dúo suelo-cimiento - recordaremos que al principio hablamos como característica determinante de este la "deformabilidad del suelo y la rigidez de la estructura".

Pues bien, la misión del especialista en Geotecnia va a ser el descubrir que condiciones o parámetros geotécnicos han variado con el tiempo, cual es el motivo y cual es la solución a este problema.

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Cap.1-Imagen 17 Sostenimiento de naves industriales. (Cortesía C. Arenas)

En la mayoría de los estudios aparece un factor motor de estos cambios: las variaciones en la humedad del suelo.

En otros casos el problema es que - como ya dijimos -, el elemento intermedio de transición entre la estructura y el suelo esto es, el cimiento, ha perdido o mermado su capacidad de perdurabilidad en el tiempo, pasando a ser un medio débil. Este cambio puede estar originado por errores iniciales de proyecto, por un uso diferente a los fines para los que se proyecto la estructura o bien por otras causas ajenas al proyecto o su ejecución (carencia de un estudio geotécnico previo, infravaloración de los parámetros geotécnicos, entre otros).

En todos los casos en los que se presenta un problema de esta índole el paso previo lo supone la realización de un estudio geotécnico actualizado y de una investigación profunda que conduzca a poner de manifiesto la naturaleza actual y características del terreno, las causas de las posibles variaciones o anomalías que se presentan y determinar la actual relación suelo-cimiento. De todo ello se desprenderán unas conclusiones que pasaran por poner en práctica las técnicas que ya conocemos.

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Para conocimiento general, muy someramente, los casos más típicos que se presentan son los problemas de asentamiento que sufre una estructura ante la deformación de un suelo. El motivo más habitual de esta deformación es la intervención del agua como agente plastificante o de lavado de la fracción fina del suelo, ya sea aportada por aguas superficiales, de lluvia o canalizadas, o por aguas subterráneas.

De este modo, la solución más habitual pasa por corregir o amortiguar este aporte de agua y/o la sustitución de la cimentación superficial por una profunda mediante micropilotes sobre los que se apoyará la cimentación existente o bien, por el ensanchamiento de esta con el fin de repartir la carga por más superficie del suelo sobre el que se apoya.

Cap.1-Imagen 18 Proyecto de sostenimiento de chimeneas en Barcelona (Cortesía C. Arenas)